VDI 2230 Blatt 1-2015 Systematic calculation of highly stressed bolted joints - Joints with one cylindrical bolt.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEURESystematische Berechnunghochbeanspruchter SchraubenverbindungenZylindrische EinschraubenverbindungenSystematic calculationof highly stressed bolted jointsJoints with one cylindrical boltVDI 2230Blatt 1 / Part 1Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Handbuch Produkten

2、twicklung und KonstruktionVDI-RICHTLINIEN ICS 21.060.10 November 2015Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 52 Formelzeichen und Abkrzungen . . . . . . . 63 Kraft- und Ver

3、formungsverhltnisse . . . . . 193.1 berblick ber mgliche Berechnungs- verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203.2 Grundlagen zur Berechnung von Einschraubenverbindungen; Kraft- und Verformungsanalyse . . . . . . . . . . . . 203.2.1 Zentrisch verspannte Einschraubenverbindung . . . . . . . 25

4、3.2.2 Exzentrisch verspannte Einschraubenverbindung . . . . . . . 263.2.3 Einseitiges Klaffen der Trennfuge . . 273.2.4 Querkrafteinflsse . . . . . . . . . . 284 Rechenschritte . . . . . . . . . . . . . . . . . 294.1 bersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294.2 Erluterungen . . . . . . . . . .

5、 . . . . . . 295 Berechnungsgren . . . . . . . . . . . . . . 395.1 Elastische Nachgiebigkeiten der Verbindung 395.1.1 Nachgiebigkeit der Schraube. . . . . 395.1.2 Nachgiebigkeit der aufeinander- liegenden verspannten Teile . . . . . 425.2 Krafteinleitung . . . . . . . . . . . . . . . 555.2.1 Ersatzw

6、irkungslinie der axialen Betriebskraft Abstand a . . . . . . 555.2.2 Krafteinleitungsfaktor . . . . . . . . 55Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Symbols and ab

7、breviations . . . . . . . . . . 63 Load and deformation conditions. . . . . . . 193.1 Overview of the possible calculation methods. . . . . . . . . . . . . 203.2 Principles for calculating single-bolted joints; analysis of forces and deformation . 20 3.2.1 Concentrically clamped single-bolted joint

8、. . . . . . . . . . 253.2.2 Eccentrically clamped single-bolted joint . . . . . . . . . . 263.2.3 One-sided opening of the interface . 273.2.4 Effects of transverse load . . . . . . 284 Calculation steps. . . . . . . . . . . . . . . . 294.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294.2 Explanat

9、ions . . . . . . . . . . . . . . . . 295 Calculation quantities . . . . . . . . . . . . . 395.1 Elastic resiliences of the joint . . . . . . . 395.1.1 Resilience of the bolt . . . . . . . . 395.1.2 Resilience of superimposed clamped parts . . . . . . . . . . . . 425.2 Load introduction. . . . . . .

10、. . . . . . . 555.2.1 Substitutional line of action of the axial working load distance a . . . 555.2.2 Load introduction factor . . . . . . . 55Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this standard shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with

11、 respect to the English trans-lation.Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nichtgestattet / Reproduction evenfor internal use not permittedFrhere Ausgabe: 12.14 Formeredition: 12/14Zubeziehen durch /AvailableatBeuth Verlag GmbH,10772 Berlin Alle Rechtevorbehalten /All rights reserved Verein

12、 Deutscher Ingenieuree.V., Dsseldorf 2015VDI-Gesellschaft Produkt- und Prozessgestaltung (GPP)Fachbereich Produktentwicklung und MechatronikB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1F92DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2015-11 2 VDI 2230 Blatt 1 / P

13、art 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015Seite5.3 Kraftverhltnis und Schraubenzusatzkraft 635.3.1 Kraftverhltnisse und Schrauben- zusatzkraft bis zur Abhebegrenze . 635.3.2 Verhltnisse an der Abhebegrenze bei exzentrischer Belastung . . . . 675.3.3 Verhltnisse be

14、i klaffender Verbindung. . . . . . . . . . . . . 705.4 Vorspannkraft . . . . . . . . . . . . . . . 715.4.1 Mindestklemmkraft . . . . . . . . 715.4.2 Vorspannkraftnderungen . . . . . 715.4.3 Montagevorspannkraft und Anziehdrehmoment . . . . . . . . 755.4.4 Hydraulisches reibungs- und torsionsfreies A

15、nziehen . . . . . . 835.4.5 Mindestmontagevorspannkraft. . . 845.5 Beanspruchungen und Festigkeits- nachweis . . . . . . . . . . . . . . . . . 845.5.1 Montagebeanspruchung . . . . . . 845.5.2 Betriebsbeanspruchung . . . . . . 875.5.3 Schwingbeanspruchung . . . . . . 925.5.4 Flchenpressung an Schraub

16、en- kopf- und Mutternauflageflchen . 965.5.5 Einschraubtiefe . . . . . . . . . . 975.5.6 Scherbelastung . . . . . . . . . . . 1026 Gestaltungshinweise zur Erhhung der Betriebssicherheit von Schrauben- verbindungen. . . . . . . . . . . . . . . . . 1066.1 Haltbarkeit der Schraubenverbindung . . 1066.2

17、 Lockern und Losdrehen von Schrauben- verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . 108Anhang A Tabellen zur Berechnung . . . . . . 109Anhang B Berechnungsbeispiele . . . . . . . . 130Anhang C Berechnung des Krafteinleitungs- faktors . . . . . . . . . . . . . . . . 171C1 Herauslsen der Einschraubverbin

18、dung . 171C2 Aufteilen der Verbindung in Teilplatten . 171C3 Aufteilen der Verbindung in Grund- und Anschlusskrper . . . . . . . . . . . . . 171C4 Berechnung der Krafteinleitungsfaktoren fr die Teilkrper . . . . . . . . . . . . . 172C5 Berechnen des Krafteinleitungsfaktors fr die gesamte Einschraube

19、nverbindung aus den Krafteinleitungsfaktoren der zentrisch verspannten Teilplatten . . . . . . . . . . 175C6 Ermitteln des Einflusses einer exzentrischen Verspannung auf den Krafteinleitungsfaktor . . . . . . . . . . 175Anhang D Nherungsverfahren zur Ermittlung der Schraubenzusatzkraft bei partiell

20、klaffenden Verbindungen . . . . . . 176Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179Page5.3 Load factor and additional bolt load . . . 635.3.1 Load factors and additional bolt load up to the opening limit . . . . 635.3.2 Relationships at the opening limit in the case of eccentric loading .

21、. 675.3.3 Relationships at an opening joint . 70 5.4 Preload . . . . . . . . . . . . . . . . . . 715.4.1 Minimum clamp load . . . . . . . 715.4.2 Preload changes . . . . . . . . . . 715.4.3 Assembly preload and tightening torque . . . . . . . . . 755.4.4 Hydraulic frictionless and torsion-free tight

22、ening . . . . . . . 835.4.5 Minimum assembly preload . . . . 845.5 Stresses and strength verification . . . . 84 5.5.1 Assembly stress . . . . . . . . . . 845.5.2 Working stress . . . . . . . . . . . 875.5.3 Alternating stress . . . . . . . . . 925.5.4 Surface pressure at the bolt head and nut beari

23、ng surfaces. . . . . . 965.5.5 Length of engagement. . . . . . . 975.5.6 Shearing load . . . . . . . . . . . 1026 Design information for increasing the service reliability of bolted joints . . . . . . 106 6.1 Durability of the bolted joint . . . . . . . 1066.2 Loosening of bolted joints . . . . . .

24、. . 108 Annex A Calculation tables . . . . . . . . . . 109Annex B Calculation examples. . . . . . . . . 130Annex C Calculating the load introduction factor . . . . . . . . . . . . . . . . . 171C1 Releasing the tapped thread joint . . . . 171C2 Dividing the joint into component plates 171C3 Dividing

25、the joint into basic and connecting solids . . . . . . . . . . . . . 171C4 Calculating the load introduction factors for the component solids . . . . . . . . . 172C5 Calculating the load introduction factor for the complete single-bolted joint from the load introduction factors of the con- centrical

26、ly clamped component plates . . 175C6 Determining the effect of eccentric clamping on the load introduction factor. 175 Annex D Approximative method for deter- mining the additional bolt force in the case of partially opening joints. . 176Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179B974908

27、A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1F92DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2015-11VDI 2230 Blatt 1 / Part 1 3 All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung d

28、er Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig, sind vorbehalten.Die Nutzung dieser Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beac

29、htung der Lizenzbedin-gungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/2230.EinleitungDiese seit 40 Jahren in der Praxis angewendete Richt-linie ist eine anerka

30、nnte und viel beachtete Empfeh-lung. Sie gilt weltweit als Standardwerk zur Berech-nung von Einschraubenverbindungen (EV). Sie stellt dem Konstrukteur und Berechnungsingenieur in Form von Rechenschritten eine systematische Vorge-hensweise zur Berechnung von Schraubenverbindun-gen (SV) zur Seite, die

31、 ihm eine funktions- und be-triebssichere Auslegung bei weitgehender Ausnut-zung der Schraubentragfhigkeit ermglicht.Seit dem Erscheinen der Ausgabe 2003-02 wurden bei der Anwendung der Richtlinie sowie in analyti-schen und numerischen Untersuchungen Erfahrun-gen gemacht und Erkenntnisse gewonnen, d

32、ie sich in einer Reihe von Hinweisen, Anfragen und nde-rungswnschen der Anwender ausdrckten. Diese Hinweise sowie nderungen im internationalen Nor-menwerk und vor allem einige neue Forschungser-gebnisse und eigene Untersuchungen und Erkennt-nisse waren dem VDI-Ausschuss Anlass, die Richt-linie nochm

33、als zu berarbeiten und zu aktualisieren. Dabei wurde sie formal der inzwischen verffentlich-ten Richtlinie VDI 2230 Blatt 2 (Mehrschraubenver-bindungen) angepasst.Wesentliche Inhalte der Aktualisierung (Ausgabe 2014-12) betreffen: nderung der Berechnung des Kraftverhltnisses bei Einschraubverbindung

34、en (ESV) Aufnahme der Nachweise zur Betriebsbeanspru-chung, wenn diese zur berschreitung der Streck-grenze fhrt bzw. bei berelastischem Anziehen, inklusive der Nachweise zur Einhaltung der Min-destvorspannkraft und Mindestklemmkraft Belastung der Schraube durch Biegung als Son-derfallPreliminary not

35、eThe content of this standard has been developed in strict accordance with the requirements and recom-mendations of the standard VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of

36、the full text or of extracts.The use of this standard without infringement of copy-right is permitted subject to the licensing conditions (www.vdi.de/richtlinien) specified in the VDI Notices. A catalogue of all available parts of this series of standards can be accessed on the Internet at www.vdi.d

37、e/2230.IntroductionThis standard, which has enjoyed practical applica-tion for over 40 years now, is a recognized and highly regarded recommendation. Throughout the world it is regarded as the standard work for calculating single-bolt joints (SBJs). It provides the designer and struc-tural engineer

38、with a systematic method, organized into calculation steps, for calculating bolted joints (BJs), thereby making possible a functionally and op-erationally reliable design which makes extensive use of the bolts load-bearing capacity.Since publication of the 2003-02 edition, more expe-rience has been

39、gathered and further insights gained in the application of the standard as well as in analytic and numerical investigations and these found voice in a series of notes, inquiries and revision requests on the part of users. Such information and also changes in the international body of standards and a

40、bove all some results emerging from new research, our own investigations and findings have induced the VDI Committee to revise and update the standard once more. Here it has been formally brought into line with standard VDI 2230 Part 2 (multibolted joints) which has now been published. Main content

41、of updating (edition 2014-12): modifications to calculation of the load factor in the case of tapped-thread joints (TTJs) inclusion of working stress analyses when this re-sults in the yield point being exceeded or in the case of tightening beyond the elastic limit, includ-ing verifications of compl

42、iance with the minimum preload and minimum clamp load loading of the bolt by flexure as a special case B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1F92DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2015-11 4 VDI 2230 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein

43、Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 Erweiterung der Angaben zu Reibungszahlen in der Trennfuge (Tabelle A6) Aufnahme weiterer Anziehverfahren und Ver-besserung der Angaben zum Anziehfaktor (Ta-belle A8) Angaben zu den Werkstoffkennwerten (Ta-belle A9) aktualisiert und bei der Grenzflchen-press

44、ung weitere Untersuchungsergebnisse beach-tet Aufnahme der Berechnung der Einschraubtiefe fr den Fall, dass das Bolzengewinde bezglich eines Gewindeabstreifens kritisch ist Vergrerung des Zuschlags zur effektiven Ein-schraubtiefe und Herausarbeitung des Unter-schieds zur Gesamteinschraubtiefe Erweit

45、erung der Angaben zu Scherfestigkeitsver-hltnissen typischer Bauteilwerkstoffe Weitere Vernderungen: Das Nherungsverfahren zur Ermittlung der Schraubenzusatzkraft bei partiell klaffenden Ver-bindungen wurde in den Anhang D verschoben. Einordnung des pneumatischen Impulsschraubers in Anhang C bei Ent

46、wurf des Nenndurchmessers Hinweis, dass die Richtwerte fr Setzbetrge nicht fr Beschichtungen gelten erweiterte Aussagen zu Vorspannkraftverlusten durch Relaxation Aufnahme der Empfehlung, bei dynamisch quer belasteten Verbindungen in der Trennfuge die Gleitreibungszahl zu verwenden Hinweis zur Behan

47、dlung von Dehnhlsen bei der Ermittlung des Krafteinleitungsfaktors (KEF) Aufnahme einer Definition zu balkenartigen Ver-bindungen Definition plastischer Widerstandsmomente fr den Festigkeitsnachweis zur Beachtung der Sttzwirkung Einschrnkung der Verwendung der angenher-ten thermischen Zusatzkraft Ko

48、rrektur der Berechnung der Zeitfestigkeit schlussgerollter Schrauben Hinweise auf den Nachweis der Betriebsfestigkeit wurden aufgenommen eindeutige Unterscheidung zwischen drehenden und ziehende Anzugsverfahren und Aufnahme des hydraulischen, reibungs- und torsionsfreien Anziehens Das Richtwertdiagr

49、amm zur Einschraubtiefe (Bild 36 in Abschnitt 5.5.5.1) enthlt die erforder- expansion of information regarding coefficients of friction in the interface (Table A6) inclusion of additional tightening methods and improvement of information regarding the tight-ening factor (Table A8) updating of information about material properties (Table A9) and in the case of boundary surface pressure additional research results taken into ac-count inclusion